[논문]분리막 제습공조시스템의 잠열부하 저감효과 예측

정용호; 박성룡

doi:10.6110/kjacr.2017.29.1.015

분리막 제습공조시스템의 잠열부하 저감효과 예측
Prediction of Latent Heat Load Reduction Effect of the Dehumidifying Air-Conditioning System with Membrane 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.29 no.1, 2017년, pp.15 - 20

정용호 (청운대학교 건축설비소방학과) , 박성룡 (한국에너지기술연구원 열에너지변환연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

The summer climate is very hot and humid in Korea. The humidity is an important factor in determining thermal comfort. Recently, the research for dehumidification device development has been attempted to save energy that is required for the operation of the current dehumidifiers on the market. Existing dehumidification systems have disadvantages such as wasting energy to drive a compressor. Meanwhile, dehumidification systems with membranes can dehumidify humid air without increasing the dry bulb temperature so it doesn't have to consume cooling energy. In this paper, the cooling energy savings was studied when a dehumidification system was applied in a model building instead of a chiller. The sensible heat load was almost the same result, but the latent heat load was decreased by 38.9% and the total heat load was decreased by 8.5%. As a result, electric energy used to drive the compressor in a chiller was saved by applying a membrane air-conditioning system instead.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 분리막을 이용한 제습공조시스템을 실제적으로 일반 건축물에서 적용하는 경우에 대한 에너지 절감효과의 예측을 목표로 기존 실험결과를 기초로 하여 시뮬레이션을 수행하였고 이를 통하여 적용 시 에너지 절감효과를 예측할 수 있었다.
이에 대한 대안으로서 본 연구에서는 분리막을 적용하여 습공기선도 상의 감습방향을 수직 하향으로 이동 가능하게 함으로써 냉각효율을 증대시키는 시스템에 대하여 실제 건물에 적용하는 경우 에너지 절감효과를 분석하고자 한다.

가설 설정

에너지 시뮬레이션을 위한 대상 건축물로서 용도는 사무소, 크기는 30,000 W×35,000 D×4,200 H인 규모를 가상적으로 가정하였다.

제안 방법

멤브레인의 양측단은 헤더부분을 설치하여 멤브레인 내부의 진공상태를 유지할 수 있도록 하였다. Fig. 2에 나타낸 바와 같이 멤브레인에서 수분을 채취하기 위해 멤브레인의 헤더 부분과 연결된 진공펌프를 사용하며, 입구 압력은 1 bar(abs), 출구압력은 0.6 bar(abs), 0.7 bar(abs)로서 압력차는 각각 0.4 bar(abs), 0.3 bar(abs)의 차압이 작용하는 것으로 설정하였다. 구성된 시스템에서 1,000 CMH(0.
3 bar(abs)의 차압이 작용하는 것으로 설정하였다. 구성된 시스템에서 1,000 CMH(0.333 kg/s)의 풍량으로 급기를 공급하였고 멤브레인을 이용한 제습량은 공급공기 1,000 CMH당 제습량을 측정하였다.
다양한 조건에서의 성능 평가에 따른 결과를 기준으로 시뮬레이션을 실시할 필요가 있으나 현재 기존 외기 조건으로서 가장 발생확률 및 빈도가 높을 것으로 예상되는 Case_1을 기준으로 추가적인 적용 효과 등을 검토하였다.
기존 공조시스템에서는 외기를 그대로 도입하는 반면 분리막을 이용하는 제습공조시스템에서는 3. 멤브레인 설치 및 제습량 측정에서의 결과 중 Case_1을 기준으로 도입외기 1,000m³/h(1,200 kg/h)당 0.28 kg/h로 측정된 제습량을 적용하여 외기부하가 감소되는 것으로 Trnsys에서 계산모듈을 작성하고 시뮬레이션을 실시하였다. Table 5, Table 6, Table 7은 각각 시스템 시뮬레이션에 적용된 냉동기의 기본사양, 냉각탑 및 냉수코일의 기본 사양을 나타낸 것이다.
따라서 수증기는 상대적으로 공기(산소, 질소)의 기타 성분에 비하여 큰 투과도를 나타낸다. 이를 이용한 제습방법이 본 연구에서 분석하고자 하는 멤브레인을 이용한 제습공조시스템이다.⁽²⁾
측정된 결과를 기준으로 분리막을 이용한 제습공조 시스템을 실질적으로 건축물에 적용하는 경우에 대하여 에너지 시뮬레이션을 실시하였다. 에너지 시뮬레이션은 상용화 프로그램인 Trnsys를 이용하였다.
측정된 제습량은 장기 성능 실험용 수분 자동 취득장치를 이용하였다. 측정된 수분량은 절대습도의 감소량을 판단하기 위하여 시간당 제습량인 kg/h 단위를 기준으로 하였다.
측정된 제습량은 장기 성능 실험용 수분 자동 취득장치를 이용하였다. 측정된 수분량은 절대습도의 감소량을 판단하기 위하여 시간당 제습량인 kg/h 단위를 기준으로 하였다.

대상 데이터

Table 3은 냉방부하 부하 계산에서 적용되는 주요인자를 나타낸 것이다. 계산기간은 현재 적용되는 시스템이 여름철 냉방 시 적용되는 제습공조시스템이므로 6월 1일부터 8월 31일의 여름철을 계산 대상 기간으로 설정하였다. 또한 일반 업무시설을 가정하였으므로 주중 사용 스케쥴은 오전 8시부터 18시까지를 계산 대상으로 설정하였다.
계산기간은 현재 적용되는 시스템이 여름철 냉방 시 적용되는 제습공조시스템이므로 6월 1일부터 8월 31일의 여름철을 계산 대상 기간으로 설정하였다. 또한 일반 업무시설을 가정하였으므로 주중 사용 스케쥴은 오전 8시부터 18시까지를 계산 대상으로 설정하였다.
에너지 시뮬레이션을 위한 대상 건축물로서 용도는 사무소, 크기는 30,000 W×35,000 D×4,200 H인 규모를 가상적으로 가정하였다. 적용 지방은 서울지방 기상데이터를 기준으로 적용하였다.
2는 멤브레인(중공사막)이 설치된 제습시스템 카트리지의 기본적인 시스템 구성을 나타낸다. 현재 연구 대상인 멤브레인 시스템은 실험실에 설치된 덕트 내부에 13개의 모듈을 설치하고 모듈 당 1,300개의 멤브레인을 수직 또는 수평적으로 적층하는 구조로 구성하였다. 멤브레인의 양측단은 헤더부분을 설치하여 멤브레인 내부의 진공상태를 유지할 수 있도록 하였다.

이론/모형

측정된 결과를 기준으로 분리막을 이용한 제습공조 시스템을 실질적으로 건축물에 적용하는 경우에 대하여 에너지 시뮬레이션을 실시하였다. 에너지 시뮬레이션은 상용화 프로그램인 Trnsys를 이용하였다.

성능/효과

(1) 1,000 CMH의 통과공기량을 대상으로 시간당 제습량을 측정한 결과 공기온도 30℃, 공기습도 80%인 경우 멤브레인 내외부 압력차가 0.4 bar(a)인 경우 0.280kg/h의 결과를 나타냈다. 기타의 경우는 각각 0.
(2) 실질적으로 건축물에 분리막을 이용한 제습공조시스템을 적용하는 경우의 에너지 시뮬레이션을 실시한 결과 현열 부하량은 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 도입외기의 잠열부하 부분에 한정하여 시스템 설치 모듈을 작성하였므로 나타난 결과이다.
(3) 분리막 제습공조시스템을 적용하는 경우 잠열 부하량의 계산 기간 전체 합계는 기존 시스템의 경우 2,886 MJ/h로 예측되었으며, 분리막 제습시스템을 적용하는 경우 1,763 MJ/h로 나타나 잠열부하량 자체는 약 38.9% 정도의 절감효과를 나타낼 수 있는 것으로 예측되었다.
(4) 전열 부하량은 기존 시스템이 12,990 MJ/h, 분리막 제습공조시스템의 경우가 11,886 MJ/h의 값으로 나타나 에너지 소비량은 8.5%가 감소하는 것으로 나타났다. 냉동기 전력 소비량은 COP = 4.
1,000 CMH의 통과공기량을 대상으로 시간당 제습량을 측정한 결과 Case_1에서 공기온도 30℃, 공기습도 80%인 경우 멤브레인 내․외부 압력차가 0.4 bar(a)인 경우 0.280 kg/h의 결과를 나타냈다.
6% 감소되는 것으로 나타났다. 그러나 더욱 높은 COP를 가진 열원기기를 가정할 경우 더욱 높은 에너지 절감효과를 나타낼 것으로 예측되었다.
5%가 감소하는 것으로 나타났다. 냉동기 전력 소비량은 COP = 4.5인 일반적 성능으로 가정하였고 이 경우 전기에너지 소비량은 6.6% 감소되는 것으로 나타났다. 그러나 더욱 높은 COP를 가진 열원기기를 가정할 경우 더욱 높은 에너지 절감효과를 나타낼 것으로 예측되었다.
실질적으로 건축물에 분리막을 이용한 제습공조시스템을 적용하는 경우의 에너지 시뮬레이션을 실시한 결과 현열 부하량은 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 도입외기의 잠열부하 부분에 한정하여 시스템 설치 모듈을 작성하였으므로 나타난 결과이다.
전반적으로 분리막 제습공조시스템을 적용하는 경우가 상당히 낮은 분포를 나타내고 있는 것을 알 수 있었다. 잠열 부하량의 계산기간 전체 합계는 기존 시스템의 경우 2,886 MJ/h로 예측되었으며, 분리막 제습시스템을 적용하는 경우 1,763MJ/h로 나타나 잠열부하량 자체는 약 38.9% 정도의 절감효과를 나타낼 수 있는 것으로 예측되었다.
11은 전체적인 전열부하에 대한 분석 결과를 나타낸다. 전열 부하량은 기존 시스템이 12,990 MJ/h, 분리막 제습공조시스템의 경우가 11,886 MJ/h의 값으로 나타나 에너지 소비량은 8.5%가 감소하는 것으로 나타났다. 냉동기 전력 소비량은 COP = 4.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	습식제습이란?	일반적으로 제습을 형태별로 나누면 습식제습과 건식제습으로 나누어진다. 습식제습은 일반적으로 냉각기를 사용하여 공기를 냉각함으로써 포화상태 이하로 냉각된 만큼 제습하는 방식으로서 냉각코일의 노점온도가 12~15℃ 정도, 그리고 건구온도가 20℃ 이하에서는 상대습도 60% 이상의 공기가 얻어진다. 일반적으로 현재 건축공간의 냉각제습 방법으로서 가장 널리 이용되는 형태이다.
	제습은 어떻게 구분되는가	일반적으로 제습을 형태별로 나누면 습식제습과 건식제습으로 나누어진다. 습식제습은 일반적으로 냉각기를 사용하여 공기를 냉각함으로써 포화상태 이하로 냉각된 만큼 제습하는 방식으로서 냉각코일의 노점온도가 12~15℃ 정도, 그리고 건구온도가 20℃ 이하에서는 상대습도 60% 이상의 공기가 얻어진다.
	건식제습의 어떤 특성때문에 저습도영역에서 활용되는가	건식제습은 실리카겔이나 제오라이트(zeolite) 등과 같은 물리적 흡착제나 염화칼슘이나 염화리튬과 같은 화학적 흡착제에 공기 중의 수분을 흡착시켜 제습하는 방식이다. 이 방식은 비교적 노점온도가 저온인 수준까지 낮출 수 있으며, 이러한 특성 때문에 저습도 영역이 필요한 산업분야에 많이 적용되고 있다. 그러므로 습도가 높은 환경 하에서는 습식제습이 효율이 높게 제습할 수 있는 반면, 저습도의 공기를 얻고자 할 경우 결상의 문제가 있기 때문에 적절하지 않다.

참고문헌 (4)

Jung, Y. H. and Park, S. R., 2015, A Study on the Air Flow Analysis for the Internal Space of the Dehumidifying Air-conditioning System with Membrane, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, pp. 620-625.
Jang, J. C., Park, S. R., Kang, E. C., and Jung, S. Y., 2015, A Validity Study on the Dehumidification and Air Conditioning System using Membrane, Proceeding of The Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, pp. 964-965.
Rhim, J. W., Hwang, H. Y., Ha, S. Y., and Nam, S. Y., 2004, Application and Development of Dehumidication Systems-Focusing on Membrane Dryer, Membrane Journal, Vol. 14, No. 1, pp. 1-17.
Kim, M. H., Jin J. T., Han, S. K., Park, J. Y., and Jung, J. W., 2012, Development of liquid desiccant and evaporative cooling based 100% outdoor air system, Proceeding of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building System, pp. 85-88.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

분리막 제습공조시스템의 잠열부하 저감효과 예측
Prediction of Latent Heat Load Reduction Effect of the Dehumidifying Air-Conditioning System with Membrane 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (4)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

분리막 제습공조시스템의 잠열부하 저감효과 예측 Prediction of Latent Heat Load Reduction Effect of the Dehumidifying Air-Conditioning System with Membrane 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (4)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

박성룡 (34)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

분리막 제습공조시스템의 잠열부하 저감효과 예측
Prediction of Latent Heat Load Reduction Effect of the Dehumidifying Air-Conditioning System with Membrane 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper